船铁对磁罗经指向的影响
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摘要自从指南针发明并应用于航海以来,依靠地磁力指向的磁罗经一直是船舶航海指向仪器的标准配备。
时至今日,磁罗经仍是船舶必备的航海仪器之一。
鉴于船舶导航设备的日益完善以及磁罗经在船上所处的地位,能否在保证船舶航行安全的前提下,探讨简化校正磁罗经自差的方法,采用“人为航向法”消除磁罗经自差,对于中小型船舶来说是一种既简捷又实用的有效方法。
这不仅可以提高船舶的经济效益,而且还可保证船舶航行安全。
【关键词】船舶磁罗经自差1.绪论磁罗经是借助于地球磁场吸引磁针的能力而制造出的指向仪器。
它具有结构简单、性能可靠、坚固耐用、维护方便的特点,所以至今仍为现代船舶必备的基本航海仪器。
[1]十八世纪末,由于采用了钢铁做造船材料,这时装在船上的磁罗经就失去了原有的准确,产生了表面上看来是不规则的误差一一自差。
由于受船磁的影响,磁针不是指向磁北,而是指向地磁力与船磁力的合力方向,即罗北方向,由此而产生的这一误差称为磁罗经自差。
因此,船舶驾驶人员必须了解磁罗经产生自差的原因、校正方法及剩余自差的测定等,以保证航行安全。
1.1 综述磁罗经是指利用地磁场对磁针等磁敏感元件相互作用的原理,而使罗盘指示磁北的航海指向仪器。
由于磁罗经具有整体结构简单、工作性能可靠、不依赖任何外界条件可独立工作的特点,至今仍是船上必备的航海仪器之一。
[4]1.2磁罗经结构磁罗经主要由罗经柜和罗经盆两部分组成。
带有磁针的罗经卡安装在罗经盆内。
磁罗经按结构可分为干罗经和液体罗经两种;按用途可分为标准罗经、操舵罗经、应急罗经、艇用罗经等1.3磁罗经检查磁罗经的检查分为以下几个方面:灵敏度检查、半周期检查、气泡检查及消除、自差校正器检查、磁罗经基线检查1.4磁罗经使用与保养1.4.1磁罗经的使用①磁罗经必须经过正确地校正自差,并备有有效的自差表。
②平时应经常测定自差。
③测物标方位时,注意方位圈上的水准器,使罗盆保持水平状态。
④在罗经附近不得放置铁磁性物体,以免影响罗经的正常工作。
磁罗经工作原理
磁罗经的工作原理基于地球的磁场。
地球有一个巨大的磁场,磁力线从地球的南极穿出地球到北极。
磁罗经使用这个磁场来指示方向。
磁罗经内部有一个磁针,在自由旋转的情况下,磁针会自动对准地球的磁场。
磁针的北极总是指向磁场的南极,这样指示器就是南北极。
磁针是由磁性材料制成,通常是钢铁或钴。
这些材料具有一种特殊的属性,称为磁性,在外界磁场的影响下可以具有指定的方向。
在一个静止的环境中,磁针指向地球的磁场方向就能够确定北方。
但是,当磁罗经随着人或船的运动而移动时,磁针就会收到其他干扰因素(例如船舱中的其他磁性物质等)的影响,导致指向的方向产生偏差。
为了消除这种干扰,我们需要在磁罗经上标出一些稳定的方向,例如南北方向和东西方向等,然后根据这些标记调整磁针的指向,以保证指示器的准确性。
磁罗经导航的误差修正及使用摘要:随着海运事业的发展,对船舶安全导航的要求越来越高。
电罗经及GPS被远洋船舶广泛使用,它具有全球、全天候高精度、操作使用简便等优点,为海船的安全导航提供更加可靠的保障。
通常绝大多数船舶在制造安装中全部配备有磁罗经导航仪。
原因是在电罗经发生故障、及无GPS信号的情况下,传统磁罗经是海洋航行时最后的导航保障。
因此传统磁罗经的配备和使用至今仍具有一定的实用价值。
关键词:磁罗经导航;误差消除引言:我们知道,安装在钢铁船舶上的磁罗经由于船磁的影响而产生自差,为保证船舶安全航行,必须对磁罗经自差进行校正后罗经才能使用,通常要求罗经的自差不应超过3°。
罗经自差校正完毕后,应制作罗经自差表并画出自差曲线,以供航行使用,但经校正后的罗经剩余自差并非一成不变,它将随着时间的推移、船舶磁性的变化以及船舶纬度变化等原因而发生变化,下面讨论罗经自差随纬度的变化以及减小罗经自差变化的措施。
一、船半圆自差硬铁力的准确消除船铁的半圆自差硬铁力有P,Q两力,若在校正半圆自差时没有用纵横磁铁准确地消除,罗经自差将会随纬度发生变化。
例如船在甲地校正半圆自差时,没有用纵向磁铁力F准确地将P力抵消,而留有ΔP,即ΔP=F-P。
在甲地则由ΔP产生的自差为W甲=ΔP/λH甲;若船舶航行到乙地,地磁力H由H甲变为H乙,则由ΔP产生的自差为W乙=ΔP/λH乙;若船向高纬度航行,由于H甲>H乙,则W甲<W乙.虽然剩余硬铁力ΔP没有变化,但因船由甲地航行到乙地,地磁水平分力H发生了变化,间接地引起罗经自差也发生了变化.若船向低纬度航行,自差则变小。
上述的讨论同样适用于半圆自差力Q,故在此不再赘述.由于在校正罗经自差时,很难将自差力彻底校正为零,总要留有一定的剩余自差,所以船舶远航后,自差总是要发生变化的,但剩余自差力越小,自差变化也就越小,所以在校正自差特别是校正较大的半圆硬铁自差力时,剩余自差越小越好,以减小自差随船纬度而发生的变化。
标准磁罗经研究摘要:根据IMOA.382决议的要求,所有会员国应保证所有的船舶安装一个标准罗经,一个操舵罗经(除非标准罗经所提供的船首方向的标示对在主操舵位置的舵手是有效的和清晰可读的)。
磁罗经作为船舶重要的一种设备,重要性不言而喻。
而磁罗经由于受到磁场的作用而产生自差,需要正确的校正。
磁罗经作为操舵罗经时,反射式观察筒的定位要便于观察。
关键词:标准磁罗经罗经差防磁区反射筒旁通管0引言磁罗经是利用地球磁场引力作用而制造的一种能够指示地理方位和船舶航行的罗经。
磁罗经主要由罗经柜和罗经盘两部分组成。
带有磁针的罗经卡安装在罗经盘内。
磁罗经按照结构可分为干罗经和液体罗经两种;按其在船上预定完成的功能分类,可分为标准罗经、操舵罗经、应急罗经、艇用罗经等。
现代船舶多在驾驶台顶的露天甲板装一能将罗经卡读数投射到驾驶室内的标准罗经,兼作操舵罗经。
这种罗经有反射式和投影式两种,他们的基本结构同普通罗经类似,仅多一套光学投射系统。
1、罗经差磁罗经由于受到船磁和地磁的影响,会产生一定的误差。
磁差是由于地磁极与地极不一致而存在于磁北与真北之间的夹角,又称磁偏角。
由于磁极绕地极作缓慢的周期运动,所以磁极除异地而已外,每年还有变化。
地球表面存在磁异常区,这种地区的磁差与周围地区的磁差明显不同。
海图上的罗经花均标注有磁差和年变化率,使用磁罗经时可据此修正读数。
自差是因船上钢铁被地磁磁化而产生磁性作用于磁罗经,使磁针偏离磁北。
船舶上需要定期检查磁罗经并和电罗经进行校对以测量罗经差,记入航海日志。
这样一旦电罗经不可用时,还可以通过航海日志里记录的航向、经纬度和罗经差来计算出磁罗经的磁差和自差,才能安全航行。
2、磁罗经定位2.1磁罗经应尽量定位在船中线上,主基线应指示船艏方向,其准确度应为+0.5°,因为船舶是铁的,在使用过程中会产生磁化,形成船磁,为了减少船磁的影响,尽量安装在船中线。
但没有强制要求说都装在中线上,那要看操舵的位置,但是必须要与船中平行。
概述磁罗经自差的校正摘要:磁罗经结构简单,性能可靠,仅仅借助于地磁场对磁罗经的作用力便可以独立地工作。
本文介绍了磁罗经的分类、组成和工作原理,简述了磁罗经的校正方法。
关键词:分类、组成、校正方法1引言船舶建造的时候会安装许多导航仪器,作用各式各样,其中指示船舶航行的仪器只有磁罗经和陀螺罗经两种。
它们除了指示船舶航向外,还可以为船舶进行定位和导航。
目前,许多大中型船舶出了安装性能优越的陀螺罗经外,均还安装有磁罗经。
磁罗经不需要依靠外界其他条件,仅需依靠地磁场对它的作用便可以独立工作,而且它结构简单,安全可靠。
在1977年11月14日,国际海事组织通过了“关于安装磁罗经的建议”的决议,要求在船舶建造时,对于指示船舶航向的设备必须包括:1.一台标准罗经;2.一台操舵罗经或标准罗经投影、反射罗经;3.标准罗经和操舵位置有可靠的联络方法;4.备用一台标准罗经;5.正确校正一台磁罗经,并制作剩余自差表或填写自差曲线;6.不论船舶什么情况,都要求有一台合适的操舵罗经。
当磁罗经安装在非磁性材料所制成的船舶上时,磁罗经只受到地磁力的影响,准确指向磁北。
但是在制造材料是钢铁的船舶上,由于钢铁会受到地磁力的影响而附带磁性,磁罗经不光要受到地磁力影响,还要受到船舶钢铁附带的船磁力影响,使磁罗经指针偏离磁北,产生自差。
2磁罗经的分类和组成2.1、磁罗经的分类2.1.1.按是否有液体分为液体罗经和干罗经因船舶摇摆时,干罗经的罗盘不易稳定,使得使用时不是很方便,因此已经被液体罗经所取代了。
液体罗经的罗盘浸没在罗盆液体里,罗盘受到液体的阻尼作用。
当船舶航行在风浪中进行左右摇摆时,罗盘的稳定性得到了很好的保证。
罗盘的轴针与轴帽之间的摩擦力也由于液体的浮力作用而减小。
2.1.2.按磁罗经的使用范围分类有标准罗经,操舵罗经,救生艇罗经和应急罗经。
标准罗经通常被用来指示船舶的航向和测定目标的方位。
它一般安装在罗经甲板上,因其位置高,受到船磁的影响小,指向较为准确,因此称它为标准罗经。
谈谈磁罗经差、磁差和自差之间的换算方法浅谈磁罗经差、磁差和自差之间的换算方法近期,我们在日常船舶安全检查过程中,检查人员在检查驾驶台罗经自差记录簿时,发现有不少船舶驾驶员,对观测磁罗经自差换算过程出现概念上的计算错误。
对磁罗经自差、磁差之间换算的理解认识不足,导致了驾驶员在填写罗经自差记录簿时的自差、磁差上的错误。
所以,我们很有必要在这里来谈谈磁罗经差、磁差和自差之间换算方法,进一步提高船舶驾驶员对计算方法的熟悉和理解。
目前,1000总吨以下的内河、沿海航行船舶,船上大多只配有磁罗经,基本上没有安装陀螺罗经(电罗经)。
船舶在使用磁罗航向航行,为确保船舶航行在计划航线上,驾驶员就必须知道某航向时的罗经差是多少,必须对航行航向或观测目标方位时进行修正罗经差。
因为,磁罗经在船上会受到地磁和船磁的磁力作用,磁盘会向着重磁场方向偏差,造成罗经的误差,我们称之为罗经差。
一、罗经差、磁差和自差1(罗经差(?C)磁差和自差的代数和,就是磁罗经的误差。
罗经差用?C表示,当罗北偏在真北的东面时,称为东罗经差,用E(+)表示它的方向;而罗北偏在真北的西面时,称为西罗经差,用W(-)号表示它的方向。
即东正西负或东加西减。
2(磁差(C)磁差,是随着地区不同,地磁场的不同,或地磁异常磁场的变化等,磁差的变化也不同;磁差也随着地磁的年变化量变化。
磁差的查取方法,一般在航用海图在罗经花上查到该地区的磁差资料,年份、磁差的大小和方向及年差变量符号,通过换算得出。
可用磁差偏西W(-),磁差偏东E(+)符号来表示。
3(自差(δ)船上的磁罗经受到船钢铁产生船磁的作用,使磁罗经所指示的北方—偏离磁北,而船舶自身原因产生的误差叫自差。
自差是按罗北偏在磁北的东面或西面决定它是东自差或西自差。
自差是随着航向的不同,自差也就不同;船磁改变自差也跟着改变;航区改变,如纬度相差较大,或在赤道及南、北极高纬度地区自差地随之改变。
二、罗经差、磁差和自差之间换算公式:罗经差(?C)= 真方位(TB)- 罗方位(CB)罗经差(?C)= 磁差(C)+ 自差(δ)磁差(C)= 在海图罗经花上查获自差(δ)=罗经差(?C)- 磁差(C)三、罗经差、磁差和自差之间的换算1(怎样求罗经差(?C)例1:某船在某地区水域航行,当时船艏航向000º,观测到一对引导航标(叠标)的罗方位为011º,在海图上查得该引导航标真方位为009º。
船铁对磁罗经指向的影响摘要:磁罗经作为海上航行中重要的指向工具,为船舶海上航行提供安全保障,是船艇上必不可少的重要仪器。
文章主要围绕船铁对磁罗经指向的影响,船铁力由哪些组成以及通过对这些力的分析,了解磁罗经的受力情况,为我海警部队海上航行安全能够提供更有力的保障。
关键词:磁罗经,磁力,船铁引言:安装在钢铁船舶上的磁罗经因为产生自差,会影响船舶的安全航行,有时甚至会使磁罗经失去指向的能力。
那么自差是如何产生的,是怎么对磁罗经产生影响的?所以通过本文对此进行研究和分析正文:我们都知道船磁会对磁罗经的指向产生影响而船磁又是由船铁硬铁力和软铁力共同组成下面就对船铁硬铁力和软铁力进行分析:船铁硬力对磁罗经指向的影响分析硬铁概念:磁性物质按其保留磁性的大小可分为硬铁和软铁两类,需由较强的外磁场磁化。
一经磁化,剩磁可保留较长时间不易消失的磁性材料成为硬铁磁性材料,如碳钢、钴钢、钨钢及其合金。
船舶硬铁材料磁性来源现代船舶主要由大量钢板和许多机电设备组成,船舶在进行建造期间一直停放在船台上,长时间受用一方向地磁场磁化,致使船舶英体弱材料产生较强磁性。
产生原因:船艇长时间受地磁场定向磁化特点:对于磁罗经而言,在其位置不变、船艇的钢铁结构不变时,硬铁力的大小及方向是不变的。
船硬铁力对磁罗经的影响分析:将船硬铁磁力对罗经产生的作用力设为F,将力F投影到罗经的纵向、横向和垂直向三个坐标轴上,得P、Q、R三个硬铁力。
P、Q、R三个投影力的大小和符号主要取决于船舶建造时船首方向以及罗经在船上安装的位置。
X轴—P—纵力Y轴—Q—横力Z轴—R—垂直力船铁软力对磁罗经指向的影响分析软铁本身不具有磁性,受地磁场磁化后才获得感应磁性,并对罗经产生了作用力。
船上软铁的形状和分布是比较复杂的,为了简化分析,我们将船软铁分解为无数根纵向、横向和垂直向的软铁杆。
纵向、横向和垂直向的软铁杆仅能分别被地磁力的投影X、Y、Z力磁化,下面分别讨论三种软铁杆被地磁力磁化后对罗经产生的作用力。
纵向软铁杆对罗经作用力:罗经在船上安装好后,它与船铁间的相对位置也固定了,纵向软铁杆仅能被地磁水平纵向分力X 磁化,其对罗经作用力的大小与X 成正比。
设船上所有纵向软铁被X 磁化后对罗经产生的总作用力为lX ,其中l 为比例系数,它取决于纵向软铁数量、软铁磁化率以及与罗经的相对位置。
罗经位置固定后,洗漱l 固定不变。
合力lX 相对于罗经坐标系可能处于任意方向。
lX 在Ox 、Oy 、Oz 三轴进行分解得 Ox aX ,被X 力磁化产生的纵向作用力; Oy dX ,被X 力磁化产生的横向作用力; Oz gX ,被X 力磁化产生的垂直作用力。
同样,船上横向软铁杆和垂直软铁杆分别被地磁力Y 和Z 磁化,船上所有的横向软铁和垂直软铁被磁化后对罗经产生的总作用力分别为mY 和nZ ,其中m 和n 为比例系数,讲mY 和nZ 分别投影到Ox 、Oy 、Oz 三轴上,得bY 、eY 、hY 和cZ 、fZ 、kZ 。
软铁在经过地磁场磁化后,软铁自身产生自带的磁场,而自身磁力的大小以及方向,会随着软铁安放的位置以及外磁场的变化发生改变,而且还有与船体处于的位域有关。
这其中大致可分为磁化所产生的三个作用力:纵向、横向以及垂直作用力软铁系数分析结论aXbYcZ①a、e、k很大,a、e<0,k>0。
②b、d、f、h很小,正负号不定,有的船舶几乎为零。
(非对称性结构的船舶很少的)③c、g可能大也可能小,g取决于磁罗经安装的位置。
现代船舶主要由大量钢板和许多机电设备组成,船舶在建造期间一直停放在船台上,较长时间受到地磁场在同一方向的磁化,致使船舶硬铁材料产生较强的磁性。
在泊松方程中,船软铁被地磁力X、Y、Z磁化后对罗经共产生九个作用力,获得a~k九个软铁系数。
其中纵向作用力F分别在纵软铁杆、横软铁杆、垂直软铁杆产生Fa、Fb、Fc 力,其软铁系数为a、b、c。
泊松方程设X ′、Y ′、Z ′分别表示三个坐标轴上罗盘所受到的作用力之和,则有X ′= X+aX+ bY+ cZ+ PY ′= Y+dX+ eY+ fZ+ QZ ′= Z+gX+ hY+ kZ+ R罗盘通常保持水平,罗盘磁针指向x 轴和y 轴上作用力的合力H′方向,H′和地磁水平分量H 之间的夹角——自差δ。
船舶正平时的自差公式H′⋅cosδ= X ′⋅cos MC−Y ′⋅sin MCHsin MCH′⋅sinδ= X ′⋅sin MC+Y ′⋅cos MCN m将X ′、Y ′、X、Y 代入后,整理得A’,B’.C’D’E’为自差系数分析可见作用于罗盘平面的九个地磁力、硬铁力和软铁力合并为六个力,分别为:(1)指北力λH:沿磁子午线作用指向磁北极,不产生自差,是对罗经的有益分量。
λ—称罗经系数。
越大,罗经的指向性越好。
λ值由软铁系数a 和e 确定,即0 <λ<1。
一般标准罗经λ= 0.8 ~ 0.9,操舵罗经λ= 0.6 ~ 0.8。
如果λ<0.3,罗经不能正常工作。
(2)自差力A′λH:垂直于磁子午线方向。
若A′>0,则A′λH力指磁东向;若A′<0,则A′λH力指磁西向。
(3)自差力B′λH:作用于船舶首尾向上。
即MC或MC+180°若B′>0,则B′λH力指船首向;若B′<0,则B′λH力指船尾向。
(4)自差力C ′λH:作用于船舶左右舷正横向上。
即MC ±90°若C ′>0,则C′λH力指右正横向;若C ′<0,则C′λH力指左正横向。
(5)自差力D′λH:作用于2 倍船舶磁航向或加减180°上。
若D ′>0,则D′λH力指向为2MC;若D ′<0,则D′λH力指向为2MC±180°。
一般商船都是D′>0的情况。
(6)自差力E′λH:作用于船舶2 倍磁航向的正横向上。
若E ′>0,则E′λH力指向为2MC+90°;若E ′<0,则E′λH力指向为2MC−90°。
各自差力产生的自差(1)自差力A′λH:设B′λH= C′λH= D′λH= E′λH= 0,A′λH>0H ′⋅cosδ= λHH ′⋅sinδ= A′λHN m(H ′)2 = (λH)2+ (A′λH)2可见无论什么航向,A′λH方向总是垂直于磁子午面且大小不变。
tgδA= A′λH/λH= A′δA≈A′因A′=(d−b)/2λ,可见,δA与磁纬度、航向无关。
(2)自差力B′λH:δB= B′sin CC 因B′=(cZ+P)/λH可见,δB与磁纬度、罗航向有关。
(3)自差力C′λH:δC= C′cos CC δC与罗航向成余弦关系,随磁纬度变化。
(4)自差力D′λH:δD= D ′sin2CC δD 与2倍罗航向成正弦关系,与磁纬度无关。
(5)自差力E ′λH :δE= E ′cos2CC δE 与2倍罗航向成余弦关系,与磁纬度无关。
倾斜自差倾斜自差产生原因:船倾斜时,罗盘仍保持水平,磁化软铁的地磁力投影力发生变化,船软硬铁力相对于罗盘的作用方向也发生变化,罗盘水平面上作用力与正平时相比发生了变化。
倾斜自差公式 △δi =δi —δ 横倾自差公式:△δi =-J'icosCC ,其中 纵倾自差公式:△δi =-J''i sinCC ,其中纵横倾斜自差当船横倾时,纵向软铁仍被X 力磁化,而横向及垂直软铁则被地磁力Y 和Z 的投影力Yi 和Zi 磁化。
(i -倾斜角,右倾为“+”左倾为“-”) 若船向右舷倾斜,船上的软硬铁相对于倾斜后的坐标系OXiYiZi 的位置时不变的,软铁系数()HZe k R J λ-+='()HZ a k R J λ-+=''和硬铁力与正平时相同,但磁化软铁的力却为Yi 和Zi;对于倾斜后的坐标系OXiYiZi , 泊松方程为:Xi '=X +aX +cZi +P Yi ' =Yi +eYi +Q Zi '=Zi +gX +kZi +R罗盘平面纵横轴上作用力的变化情况为:代入Yi '和Zi '得: 与正平时相比,罗盘平面上产生了横向附加力 —[R+(k-e)Z]i ,罗经将产生横倾自差 倾斜自差性质(1)随航向变化,N ,S 航向,横倾自差最大;E ,W 航向,纵倾自差最大。
(2)随船所在磁纬度变化,因J'和J''中H ,Z 均随磁纬度变化。
(3)与船的倾斜角度i 成正比,通常罗盘均偏向高舷。
因船左右摇摆具有周期性,故倾斜自差不用东或西表示,而用偏向哪一舷来表示。
结束语 经过上述的分析和论证我们知道,船体是由许多硬铁和软铁刚才组成,经过磁场磁化,由硬铁材料形成的永久磁性成为“永久船磁”;由船软铁材料形成的感性磁性成为“软铁船磁”,两者统称为“船磁”。
在船铁硬磁力和软铁力共同作用下,船上罗经北极偏离磁北一定角度产生自差。
Y⎩⎨⎧-==i Z i Y Y X X i i i i i sin 'cos ''''''()[]⎩⎨⎧-+-++=+++=iZ e k R Q eY Y Y PcZ aX X X i i ''''参考文献[1] 关政军.航海仪器.大连:大连海事大学出版社,2009[2] 钟美达.磁罗经校正系统研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文,2008.[3] 李发.磁罗经为什么要校正.天津航海期刊,1995,第1期[4] 关政军.船用磁罗经自差变化的原因[J].大连海事大学学报,2001,03,10-13。